石灰岩开采技术.doc

.花岗岩矿山开采技术详解花岗岩的矿山开采的基本要求和特点，在于从矿体中采出满足一定规格要求且无裂隙的完整块石荒料。开采工作面的布置，开拓运输方式的选择，要充分考虑矿体的层理、节理、裂隙，尽量避免它们对开采的不利影响，确保大块荒料的采出。由于目前的生产规模及经营管理方式，矿山目前的开采方式全为自然露天台阶式人工开采，汽车运输。 一、花岗岩矿山开采一般分为以下几个步骤：花岗岩矿山开采，首先要根据资源条件和市场需求情况来选择首采区，确定开采境界，矿山生产规模、矿山工作制度等。在综合分析自然环境、经济技术条件的基础上开展矿山开采。采矿过程可分为开拓运输、剥离和采矿。1开拓运输和装载开拓运输的任务是开辟矿山工业场区到采场内各工作台阶之间的运输通路及到废石场的运输通路。花岗岩露天矿常用开拓运输方式有：1)公路开拓汽车运输，这种方式灵活机动，能充分发挥装载设备的效率，是广泛采用的方式。2)无沟开拓桅杆起重机吊运，这种方法无需开掘从地表至开采台阶的运输沟道，而直接由桅杆起重机装入运输设备。这种方法工程量小，投资少，但受桅杆起重机能力和工作范围的限制，灵活性差。此外，还有斜坡卷扬机道开拓台车运输、公路汽车与桅杆起重机联合开拓运输等方式。将荒料装上运输设备的装载设备有固定式和移运式两类。桅杆式起重机属固定式，这类设备起重高度大、起重量大，兼有装载和运输功能；履带式起重机和轮胎式起重机为移动式装载设备，这类设备机动灵活，但起重高度、起重量较小，不适于大规格荒料的装载。矿山废石的运输常用人工推车、前装机、推土机、起重机、汽车等设备。2荒料开采大致分以下几工序：盖层剥离：是将盖在矿石之上的浮土和非矿岩层剥去，以利于矿石开采的一道工序。目前矿山多采用人工剥离的方法，仅有部分采矿点采用推土机和轮式装载机等机械进行剥离。分离：是使条形块石与矿层原岩分离的第二道工序。限于现有开采规模和生产方式，矿山采荒基本上是采用人工凿眼劈裂和控制爆破两种方法。人工劈裂法是以传统的人工凿眼、打楔手工劈裂，这种方法劳动强度相对较大，效率低，但出荒率高，易于整形；控制爆破法是用手持风钻打眼，用黑 火 药或小药卷进行控制爆破。顶翻：是将条状块石翻倒，以利将其切割分离。顶翻的工具有多种如手动千斤顶、液压顶石机、推移气包和牵引法等。目前矿山上主要使用的是千斤顶和牵引法。解体分割：是将条状块石按所需的规模分割毛荒料或荒料。解体分割的方法与分离方法大致相似，主要使用的是人工打楔、凿眼劈裂和控制爆破等方法。整形：整形是将分割后的荒料毛坯，通过一定的加工形成符合规模的成品荒料。整形的方法有手工锤打、小型手持式钻机、手持式凿岩机，以及串珠式金刚石绳锯和整形机等。目前矿同中使用的方法主要是手工锤打和錾凿等简易方法，无机械作业。起吊装载：是将加工成形的荒料运装至运输工具的工序。吊装使用的工具可以是多种多样。矿山目前多使用桅杆吊，也有少数采矿点使用汽车吊、装载机和履带吊等。清碴：是将不成荒料的碎石运离荒料加工场的工序。(二) 花岗岩矿山开采的技术要求一般条件下，生产剥采比在0.3左右时，花岗岩矿的最低经济荒料率为15%25%。(1) 采矿场台阶高度采用移动式起重机时，台阶高度46m；采用小型桅杆式起重机，台阶高度小于或等于14m；大型桅杆式起重机，台阶高度小于或等于62m。分台阶坡面角一般为90，最终坡面角视岩石稳定情况确定。(2)条石宽度视开采设备性能、荒料规格及裂隙情况确定，一般为13m。(3)工作面长度人工开采一般为515m；火焰切割机开采一般为1520m。最小工作平台宽度：一般为2025m。总体上看，目前矿山的采荒工作主要是处于半机械半手工式开采状态，还没有形成一定的规模，管理上还缺乏统一性和系统性，在资源利用方面缺乏的效的监督机制和制约手段等等。水泥矿山破碎技术的节能降耗与减排为了保证国民经济的持续健康发展，和其他产业一样，水泥矿山也必须把减排、节能和降耗放在重要的位置上。为矿山减排提供的破碎方式1混合破碎混合破碎指水泥生产中两种原料按一定的比例送入一台破碎机进行破碎的生产工艺。常见的混合破碎有石灰石与泥灰岩、石灰石与页岩、石灰石与黏土等。其中石灰石和黏土的混合破碎是两种物性差异非常大的原料在一起的破碎，尤其是掺入塑性高、水分大的泥料时难度更大。然而这种混合破碎也带来如下的好处：在破碎过程中石灰石碎料被湿料包裹，粉尘减少，形成的碎石与湿土拌合料的黏性减小，流动性增加，减轻了溜子的堵塞，具有用胶带输送机运送和在预均化堆场中堆存和耙取的性能。若将这种黏土单独加工，不仅需要另添一套设备，且它的运输、堆存和挖取都十分困难，不乏出现已经破碎，在继后的运输、堆存过程中又重新黏结压实，严重影响生产的事例。混合破碎的成功，可以减少甚至免除石灰石表土的剥离，矿石资源的利用更充分。两种原料一并加工减少了一套加工系统的建设和经营费用，取得很好的社会和经济效益。广州市越堡水泥有限公司的混合破碎就是一个很突出的实例。将数量达2800万立方米的覆盖土作为资源一并利用，就能使这个深埋地下的石灰石矿床得到利用，成为建设日产6000吨水泥生产线的大型工厂的原料基地。混合破碎需要解决一连串的技术问题，以确保出料粒度满足入磨的要求，防止破碎机腔堵塞，保证整个系统运行通畅。因此，从料仓起的整个系统都要作专门的设计，包括料仓形状、结构，破碎前泥团的切碎，机体内部乃至漏斗、溜槽等的特殊处理。常熟仕名重型机械公司提供并于最近投入使用的土耳其Askale水泥厂掺土量是25，混合料水分达14。由于有的工厂要求掺入更多的黏土(30)，公司为其研制了混配机，将黏土与石灰石预先进行粗混合。至今，公司已先后提供了8套混合破碎系统。2预筛分破碎将原料在破碎之前进行筛分，只对筛上物进行破碎，往往可以取得良好的效果。例如当今水泥都采用带预分解的新型干法生产，这种生产方法在原料配用上提高了硅酸率，经常需要掺用硅质原料。而质纯的硅质原料主要用于制造玻璃，质次的硅质原料则多是砂岩、粉砂岩与页岩互生矿床，开采中难以将它们相互分离。这种矿床的品质虽可满足生产需要，但是它们的物性差别很大，砂岩、粉砂岩的磨蚀性高，页岩和风化物则质软，易吸收水分发黏。这种混合型矿石给常规的生产方法带来很大困难，难以找到既抗磨又不怕堵的破碎机型，给这类矿床的利用造成很大困难。通过实验获知，预筛分可将大部分泥土和页岩筛除，从而可以防止破碎机的堵塞。根据这个原则开发的波动筛分给料机和抗磨型单段反击式破碎机组成的破碎系统，即使是黏湿料和高磨蚀性硬物料的混合矿也能胜任。这个破碎系统于2000年年底在安徽东亚水泥公司投入使用，取得了良好的效果。破碎机即使在雨季也能正常工作由于合格料已预先筛除，破碎机的磨耗件寿命大大高于预期值。这项工艺和装备的开发成功使得这类呈互层产出的低品位硅质矿床的有效利用变得比较简便。在短短的几年中，它已成为国内此类硅质矿床的主选破碎方式。利用筛分破碎方式，通过筛分排除筛下物可以提高某些低品位矿床的矿物品位，成为可用的矿石。例如低品位灰岩矿床，如果平均品位低是由于混有页岩、泥质夹杂物所致(CaO低于可用指标，碱含量超标)，而这些夹杂物层薄、质软、易碎，爆破后碎料中含量较多，采取预筛分法予以排除后，品位即可提高。南京院承担的沙特SPCC项目的石灰石就是采用预筛分和破碎后再筛分的方式，使得原来不能使用的灰岩满足了使用要求。当原矿中的碎料较多时，采用预筛分可以减少破碎机的工作最，采用较小的机型，系统的产率可以提高，同时又减少了产品的过粉碎。综合电耗降低、金属消耗量减少。由于预筛分增加了一道环节，生产的复杂程度增加，通常在原矿中合格料超过2030时才有价值。关于矿山的节能随着我国经济的发展，对液体燃料的需求不断增加，国际石油也日益短缺，矿山生产中的节油问题已迫切地提到了我们面前。就采矿业而言，随着露天开采规模的扩大，传统的开采工艺需要很多大型挖掘机和运输车辆，使得组织生产十分繁杂，不堪重负。而连续和半连续开采工艺的应用则可以取得显著的节能效果和可观的经济效益。关于开采工艺，有的文献把轮斗挖掘机胶带输送机排土机生产称为连续式工艺；把单斗挖掘机告车破碎机胶带输送机生产称为半连续式工艺；把单斗挖掘机卡车生产称为间断式工艺。连续式工艺只适用于可以直接挖取的软岩，应用范围很有限。而硬岩和半硬岩更适于半连续式工艺。半连续式工艺的关键设备破碎站既可以设在坑内，也可以设在地表；既可以是固定的，也可以是半固定的或移动式的。生产水泥的主要原料石灰石，绝大多数属硬岩和半硬岩，它们都难以使用轮斗铲直接挖取。推行以电代油的标志性措施是少用或不用汽车，多用胶带输送机运输矿石，这就需要把破碎机搬进采矿场。因此，研究破碎站的形式和设置位置成为水泥矿山该采用哪种生产工艺的关键。移动破碎在采矿场内的出现要追溯到上世纪50年代。它首先在西德一个水泥厂的石灰石矿得到应用，继后才逐渐扩展到煤矿和金属露天矿。以移动破碎跟随挖掘机。把大块矿石破碎成碎石后再用胶带输送机运输，可以省却汽车运输，从而大大节省人力和燃料，降低矿石生产成本。在采场内将矿石破碎后改用胶带输送机运出的生产技术，从上世纪70年代开始在世界范围内得到了迅速扩展，出现了多种类型移动方式和使用各种类型破碎机来适应不同的使用条件，其单机能力已近万吨小时。1移动式破碎机的类别及性能移动式破碎机，更确切地应称为移动式样站，因为它除了破碎机之外，还带有进出料装置及配套设施。按移动功能的不同可分为全移动(Fully-mobile)、半移动(Semi-mobile)、和可搬式(Portable)。3种破碎站的使用条件各不相同，需要从多个方面考虑之后才能选定。全移动破碎站又称为自行式破碎站。按行走方式可分为履带式、胶轮式和步行式3种。3种行走方式的灵活性不一样，因此用途也不同。履带式可以跟随挖掘机工作，但是机体笨重，受到制约，能力较小，目前已知的最大能力是1000吨小时。胶轮式和步行式还不能做到跟随挖掘机作业，它们只能在相对固定的条件下工作。它们的生产能力较大，已有不少达到20003000吨小时的破碎站在使用。自行式破碎站的基本特征是一个功能完整的单体，进料和出料均在同一个平台上，简称为“平进平出”。半移动破碎站需要借助外力才能移劫。有的能够在同一平台上进料和出料。也有的需要在上一平台进料，主机站立平台出料，简称为“平进平出”和“上进平出”。前者可以在任何可达到的位置上使用，而后者则要利用一个台阶，它的位置有一定的限制。“上进平出”的破碎站因为利用了一个台阶的高度，料仓容积增大、给料机缩短，更适于大型矿山使用。目前，世界上最大的半移动破碎站在智利一个铜矿，它的能力是9600吨小时。半移动破碎站有轨道上的破碎站、平板拖车上的破碎站和驮迁式破碎站。大型半移动破碎站一般多用驮迁式搬迁。为了便于搬迁，常将它分离成数个单体，例如料仓和给料机组成一个单体，破碎机为另一个单体，出料胶带输送机为一个单体，从而使每个搬迁单元的重量降低。由于驮运车价格昂贵，利用率低，有些矿山也采用其他方式搬迁。半移动破碎站是浮架在地面，不需要坚实的混凝土基础，对地面的承载能力一般不低于250kPa即可使用。可搬式破碎站又称为组装式破碎站，它是一种介乎固定式和移动式破碎站之间的结构，可在搬迁不频繁(两三年以上)的情况下使用。它们可拆散成若干大件，其尺寸和重量符合吊车的起吊能力和拖车的承载能力。搬迁一次花费的时间视事前准备情况、拆散程度、搬迁路程长短及组织情况而定。2各类移动式破碎站的使用方法根据水泥用石灰石矿山的特点，提出3种破碎方式的基本破碎站类型和适用条件，可供参考（见下表）。此表只是针对一套破碎站而言，若规模较大，拟采用两套破碎站，则随行式和围绕装料式的应用范围将有所扩大。当矿山比高较大，矿体岩层稳固，开凿内部溜井，在井下设固定破碎站，矿石破碎之后再用胶带输送机运出采矿场到工厂，也是充分利用位能的节能生产工艺，而且破碎站不必搬迁，更为简便。这种生产工艺我国早已在多家水泥厂应用。矿石破碎的降耗破碎机械在加工矿石的过程中自身也有所磨损。为了尽量减少机件的损耗，一是需要坚持科学地选择机型；二是合理使用和选材。一旦选型不当，严重者将造成工厂长期的生产被动，轻者也将造成经常性的多消耗。科学地选择机型的基础就是要对所加工原料的产地进行全面深入的了解。包括对矿床各层位矿石及夹带物的物理机械性质的了解，取样和加工试验，再结合当地自然气候条件、工厂生产工艺对矿石进出料粒度的要求等等，作出正确的机型选择。破碎机工作原理不同，因此机器的特性差别很大。需要与使用地矿石的特性(包括不同层位矿石特性的差异在内)结合起来研究。当具有多种选型方案时，还要根据一次性投资及长久消耗一并考虑，作出最后选型结论。破碎的材料消耗与诸多因素有关。以锤头为例，它的寿命与以下4个因素有关：一是矿物的物理性质和伴生物的性质(对金属的磨蚀性、含土量、水分、黏塑性、抗压强度等)；二是机器内部结构的合理性；三是锤头选材的正确性和制造质量；四是操作方法。第一项是客观的存在，是先天性的，需要事先有正确的了解。第二项是为了适应被加工物料的性质和工艺要求，机器内部需要进行的处理，防止产生不正常的过度磨损。第三项是选材问题，目前，单段锤式破碎机的锤头有高锰钢类(包括合金高锰钢、加入合金元素的超高锰钢、打击面堆焊耐磨层的合金高锰钢)；中碳合金钢类(包括打击段硬度HRC55-58，母体39，冲击韧性240j的双硬度锤头)；双金属复合类(头部为高铬铸铁，HRC61，柄部为铬钼合金钢，HB225310)；镶嵌硬质合金的高锰钢类。中等硬度的脆性灰岩，当磨蚀性不高时主要使用高锰钢类锤头，当磨蚀性较高或料中混入砂质土较多时，高锰钢类锤头的冷作硬化层难以形成和保持，则效果不好，不宜采用。煤、石膏采用中碳合金钢锤头的效果也优于高锰钢锤头。第四项是破碎机的使用和操作方法。篦子的调节和锤头的翻边及时与不及时，效果大不相同。目前，个别工厂甚至不翻边、不调节，经其在篦子与转子形成过大的空间堆积料层中摩擦，再耐磨的材料寿命也长不了。因此，要建立制度，精心使用，才能延长机件的寿命，实现水泥矿山开采的节能降耗与减排。中小型石灰石矿山的高台段开采1 引言1984年以来，我们对安徽、江苏、湖北、福建和广西等省、区十多个地区水泥厂的石灰石原料矿山进行了调研。它们的生产规模多在1020万吨/年左右，矿山开采有共同之处：地表平台至坡顶的高度一般为2040米，采矿不分台阶，按山坡自然地形高度用手风钻自上而下不分层次钻孔，浅眼爆破，也有的用药壶爆破，爆破后的矿石用人工装车，板车运输，基本是重体力劳动的人工生产方式。人工开采方式存在的突出问题是，受开采技术条件约束，生产能力受到极大限制，一般只适用10万吨/年以下的矿山开采；工人的工作环境恶劣，劳动强度大，安全性差，每天放炮数次，飞石时常发生，经常造成人身伤亡事故和砸坏周围房屋设备现象；受季节性影响大，遇雨天，矿山无法正常生产，致使矿石供应危机。近年来，随着水泥生产线的改造扩建，对原料需求不断增加，矿山原有生产能力无法满足生产用料，直接影响了全厂正常生产和经济效益。为了寻求适合于中小型石灰石矿山技术改造的开采方案，我们从1985年起开展了这项研究工作，又分别在安徽滁县地区水泥厂矿山、宿县地区水泥厂矿山进行项目研究，并于1989年10月通过省级鉴定。本文将对高台段开采的研究和深孔孔内微差爆破技术的试验作一介绍。 2 高台段开采在中小型石灰石矿山资金不足的情况下，就产生了如何运用有限的资金选择有效的开采方法对矿山进行技术改造的问题。中小型石灰石矿山都采用高台段浅眼小爆破的开采方法，我们针对高台段，采用了高台段开采方法。高台段开采就是使用深孔钻机，按山坡自然段高钻凿深孔，进行深孔爆破一次落矿至现有开采平台。高台段开采段高与目前开采高度相一致，避免了开拓采准工程，节省了基建费用，从而解决了矿山资金不足的难题。采用深孔孔内微差爆破，提高了爆破质量，装运环节可以不做改动，有利于矿山逐步实现机械化开采。对于年产20万吨以内矿石的矿山，采用高台段方法开采，能确保产量的需求。高台段开采必须首先解决深孔钻机的问题。由于钻机作业场地多是在不平整的坡面地带，所以，应选用自重小，移动灵活，低钻架，多接杆的轻型钻机。由于高台段，钻机的钻孔深度应在40米左右；钻机价格也要为这类矿山所能承受。为适应中小型石灰石矿山生产装备较小的特点，高台段开采中，炮孔直径一般选择90120毫米，同时选取较小的孔网参数，使炸药能量在岩体中均匀分布，以获得较小的均匀块度。在钻孔技术上，钻凿过程中的方向偏差一般应3%，否则，由于段高大，钻孔底部偏差将过大，影响爆破效果。因此，应制定严格的操作规程和培养熟练的技术工人。由于段高大，易造成爆堆过高，影响铲装工作的安全。所以，应采用相应的爆破措施来降低爆堆的高度。试验中，采用孔内、孔间和排间微差爆破，有效地降低了爆堆高度。高台段开采对爆破质量要求较高，如块度均匀，降低大块率，避免或减少底根，爆堆整齐，需要采用相应的爆破技术。我们在这两个矿山应用了深孔孔内微差爆破技术，经大量试验，确定了合理的爆破参数，爆破质量达到预期效果。 3 深孔孔内微差爆破高台段开采的技术关键是深孔爆破技术，如仍采用常规爆破方法，势必底根大块产出多，爆堆偏高，爆破震动大，爆破质量差。高台段深孔孔内微差爆破，主要针对高台段、台段高度的变化和爆破体构成要素的变动，研究试验装药结构，深孔孔内微差的段数，孔内、孔间及排间微差的结合、起爆顺序，确定合理的爆破参数，以达到最佳爆破效果。1) 孔网参数孔网参数是很重要的参数，它控制了爆孔间相互应力效应以及对自由面作用范围和能力。孔径d小，对孔网参数的选取也应适当减小。最小抵抗线W在试验中选取34米。宿县地区水泥厂矿山用WS-75型钻机只能打垂直孔，段高越高底盘抵抗线越大，有时达8米多，使得底部爆破条件恶劣。为避免底根和减少大块，爆破前应在底部扩孔形成药壶，以增加底部装药量；爆破前尽量清理底根，有时用手风钻补底眼，与深孔同时起爆；把钻机两履板前端垫高，使钻孔可形成8385的倾角，减小底盘抵抗线距离。滁县地区水泥厂矿山使用H60型钻机，可打75斜孔，上下抵抗线基本一致。孔距a按 a=(11.5)W选取。排距b按 b=(0.81)W选取。孔深L随地表平台至坡顶相对高差的变化而不同，试验中，段高H在2533米。2) 超深L1超深的作用是降低装药中心的位置，以克服台阶底盘阻力。一般计算公式为：L1=(0.10.2)H或L1=(0.150.35)W但深孔爆破不可生搬硬套，试验中L1选取1.5米左右。3) 孔口堵塞长度L2孔口堵塞长度的选取比较重要，过长则大块增多，过短会造成冲天炮，不仅浪费炸药，而且降低爆破效果。一般计算公式为：L2(0.70.75)W底或L2=(1632)d但孔口堵塞不仅要考虑长度，更要重视堵塞料的质量和操作措施。黄泥土有惰性和塑性，堵塞的效果比岩粉好，在堵塞时，捣实比松散效果好。试验中，堵塞高度为3米左右，没发生过冲天炮。4) 装药量Q的计算药量计算公式广泛采用体积法，爆落岩石体积同装药量成正比：对垂直孔Q=qaWH对倾斜孔Q=qaWH/sin2q为单位炸药消耗量。试验中，当钻孔工作完成后，我们测绘出孔网平面图和每孔的剖面图，计算每孔实际爆破体积，调整每孔装药量，以求合理装药量。 5) 装药结构采用分段间隔装药，这也是孔内微差爆破的必要手段。试验中，根据孔深不同，可分两段或三段装药。为了克服底部阻力，药柱下长上短，并有一定的比例。6) 药柱间隔长度L3根据孔径不同，L3按0.52米选取。间隔物用岩粉或黄泥土。相邻各孔间隔物的位置应错开，以减少大块。7) 孔内微差段数的确定试验矿山的段高在2531米，孔内分两段和三段微差，并与排间微差结合起来，采用毫秒微差雷管进行微差，孔底一段用两个起爆药包加强起爆作用，上段放一个起爆药包。起爆顺序是：孔内先下段后上段，排间先前排上段，再后排下段，然后后排上段。经过上述几个步骤的精心设计，反复试验调整参数，在这两个矿山基本确定了合理的爆破参数，见图。爆破后，上沿坡顶整齐，下盘平台平整，爆堆集中，平均滑落高度为1/3H，较大块多浮在爆堆表面，往往是端孔和节理发育处带下来的，爆堆内矿石比较破碎。深孔孔内微差爆破技术达到了项目预期爆破指标。 滁县地区水泥厂矿山2号爆破试验孔网平面图及I1孔剖面图(米) 4 技术经济效果 1) 矿山生产能力成倍提高 高台段开采与浅眼小爆破开采相比，生产能力提高了12倍，满足了矿石产量的需求，见表1。 表1 矿石产量提高对照表矿名产 量（万吨/年）人工开采高台段开采宿县地区水泥厂矿山12只完成产量的50每月钻8个孔满足全月产量滁县地区水泥厂矿山1416缺12个月矿石量15天钻10个孔满足全月产量 2) 开采成本明显下降高台段开采较人工开采，穿爆劳动生产率提高了24倍，开采电耗可降低1/3，炸药单耗下降510%，装运效率也随之提高，因此，采矿成本明显下降。表2是宿县地区水泥厂矿山采用高台段开采前后的主要技术经济指标统计对比。 表2 指标药壶爆破开采高台段开采升降率（）25碎石产量（万吨）612100定员（人）14070-100全员实物劳动生产率（吨/人）4291714399.5炸药单耗（千克/吨）0.260.21-19.24油铲台班效率（吨/台班）100255155油铲单位耗油量（千克/吨）0.50.18-277火工材料（元/吨）0.4770.448-7碎石总成本（元/吨）4.503.85-17 3) 社会效益显著过去用手风钻打眼，振动大，在半山腰打眼放炮，劳动条件恶劣，工人劳动强度大。现在工人操作钻机进行钻孔，改善了劳动条件，减轻了工人劳动强度。高台段开采由于不需要在悬崖上进行凿岩爆破作业，因而消除了高空作业的不安全因素。而深孔爆破不用每天小爆破落矿，大大降低了爆破频率，从而减轻了爆破伤亡事故的隐患。因此，高台段开采提高了生产安全性。 露天狭长形水泥矿山开采境界的确定1、引言： 露天开采境界是露天开采设计中的最重要的环节，它不仅决定了露天矿的可采矿量、剥离量、生产能力、开采年限等主要技术指标，也影响到矿山开拓、运输、征迁范围、建设投资，并进而对整个矿山开采期的矿山经济效益产生深远影响。不同的矿山其地质结构、矿石赋存条件、周边环境、市场形势等不尽相同，因此不可能以统一的方法对它们进行总体评价，需要对不同的矿床作具体的分析。本文针对矿山自身的特点，对露天开采的境界进行了探讨，供大家参考。2、概述河南省汝州市天瑞集团汝州水泥有限公司所属的石灰窑石灰岩矿区（一线矿山）位于汝州市东南约23公里处，距水泥生产厂区约9公里，矿体狭长，东西走向。经过多年的民采，沿矿体走向形成了多个开采点但又不互相贯通，生产效率小，矿石利用率低，安全危险性大。为了充分利用矿产资源，提高矿石利用率，保障水泥生产的矿石供应，降低矿山开采危险性，汝州水泥有限公司与兖州中材建设有限公司合作，由后者承包该矿山的矿石开采任务，以形成规模化生产。3、地质概况矿区地层为寒武系中统徐庄组、张夏组，单斜构造，产状近于陡立，岩层连续完整。矿体狭长，为灰白色至灰色石灰岩，平均宽度约为55米，长约2000米，倾角一般为70-85，上部岩石节理发育，易破碎；下部致密坚硬。CaO含量一般在50%以上，MgO含量一般低于2%，工业指标高。矿层与围岩的界线清楚，顶底板均为黄色厚层状白云岩或白云质灰岩。4、矿山开采简况该矿山自上世纪90年初陆续有当地村民采石建房，至2002年水泥厂建成投产后，由镇政府牵头，组织附近村民用手风钻及农用拖拉机等工具进行了小规模的开采。开采形成了若干采坑，由于大部分都不能再采出高品位矿石或采空区边坡高差太大，非常危险，被停采废弃。矿山的北侧沿矿体走向有一条简易运矿道路与主运矿公路相连接。5、开采境界的确定5.1为了最充分利用矿产资源，最大限度地开采出符合要求的矿石，并尽量减少剥离废石量，降低开采成本，形成规模化开采，选择经济合理的的剥采比，确定合理的开采境界，是展开矿山开采施工的关键。 5.2针对该矿山矿体走向长度较大，厚度变化较小，急倾斜，矿岩分界清晰的特点，可以利用面积比法计算剥采比，结合采剥矿岩成本分析，确定合理的开采境界。 5.3开采境界各项参数的确定 5.3.1最小底宽Bmin： Bmin=Bc min+0.5bc+2e+0.5 式中Bc min：汽车最小转弯半径（m） bc：汽车宽度（m）一般取2m e：汽车距边坡的安全距离（m） lc：汽车长度（m） 兖州中材建设有限公司为充分保证矿石供应，配备多台STERY1491等重型汽车运输设备，此类型车长7.5m,宽2.5m,最小转弯半径16.6m。所以最小底宽Bmin可取25米。 5.3.2台阶坡面角： 最终台阶坡面角与岩石性质，岩层倾角、倾向、构造、节理，以及穿爆方法等因素有关，因此我们根据该矿山岩石的物理特征，利用类比法，对照同类型矿山的开采经验选取台阶坡面角。据有关地勘单位提供的地质报告，该矿山岩石普氏系数f=812，取=70。 5.3.3安全平台宽度a： 该矿山矿体较薄，露天开采深度受到很大的限制，但是岩石比较坚硬，节理较少，岩层构造裂隙不太发育，为了更多地开采出高品位矿石，在保证安全生产的前提下，可以考虑采用并段开采。并段后台阶高度为30米，中间留一个安全平台。由于开采高度不是很大，台阶较少，安全平台的宽度a取4米。 5.3.3最终边坡角： 最终边坡角是影响剥采比的重要因素,从经济效果考虑,希望边坡角尽可能大，然而，过度追求陡边坡可能会造成滑坡事故，产生安全隐患。根据已确定的最终台阶坡面角、安全平台宽度及台阶数目，计算最终边坡角。 tg= /（ ctg+ ） 式中：最终边坡角（） n：台阶数目 h：台阶高度（m） ：台阶坡面角（） a：安全平台宽度（m） n1：安全平台数目 计算后=67。通过类比，与我国其它同类型矿山基本一致。 5.4合理剥采比的选择 确定经济合理剥采比主要有原矿成本法比较法、储量盈利比较法、价格法，前两种方法是露天开采与地下开采相比较计算剥采比，由于涉及到的地下采矿数据难以收集，且没有考虑到矿山生产实际成本与销售价格，计算后的剥采比不一定能够实现最大经济效益。因此使用价格法计算经济合理剥采比是比较理想的方法，其原则是：露天开采的单位产品成本不高于产品的销售价格。水泥厂确定的石灰石到厂价格为16元/t,根据公式计算经济合理剥采比njh： njh=(P0-a)/b 式中njh：经济合理剥采比 ：矿石容重（t/m3），2.72t/m3 b：剥离成本（元/m3）,23.5元/m3 a：采矿成本（元/t）,14.9元/t P0：石灰石原矿价格（元/t），16元/t 经计算n=0.127m3/m3 5.5、矿山服务年限 天瑞集团汝州水泥有限公司现拥有一条5000t/d及一条2500t/d水泥生产线，矿石供应主要依靠二线矿山，一线矿山作为辅助。按照水泥厂要求，一线矿山年供矿量不应小于50万吨石灰石。 根据上述开采境界各项参数确定的可开采矿量，回收率按75%计算，矿山服务年限： T=Q/q 式中T：矿山服务年限（年） ：采矿回收率 Q：可开采矿量（万t） q：矿山生产能力（万t/a） 计算后T=20年。 5.6开采境界的比较选择 由于石灰窑石灰岩矿区（一线矿山）没有详实的地质资料，要想准确确定露天开采的上部境界范围是困难的。根据河南有色地质勘查局第二大队提供的勘察报告显示，矿体走向单一，厚度变化不大，倾角接近垂直，因此可以选取具有典型特征的地质剖面,适当简化后计算面积比,通过比较后选择最佳剥采比,确定最优的开采境界方案。 我们选择了四种方案进行对比，分别是底部开采宽度55米，40米，25米,20米。方案一：最终开采宽度55米（见示意图） 点评：此种方案能最大限度的开采出矿石，充分利用矿产资源，扩展了开采工作面，便于采掘施工作业，保证施工安全。缺点是剥采比偏高，废石剥离量太大，同时增大了排土场征地面积，增大了排土费用。 方案二：最终开采宽度40米（见示意图） 点评：此种方案比第一种方案减少出矿量80万吨，减少废石剥离量134万立方米，按目前生产成本计算废石剥离费仍达到3400万元以上，每年的废石剥离费用将达到300万元以上。这仍然大大高于水泥厂预算的每年废石剥离费用不超过150万元的排废目标，经济效益不明显。 方案三：最终开采宽度25米（见示意图） 点评：此种方案虽然比第一种方案减少出矿量277万吨，但是可以减少废石剥离量220万立方米，废石剥离费用1400万元，平均每年的废石剥离费用135万元。剥采比经济合理，底部开采宽度与计算的最小开采底宽相符合。 方案四：最终开采宽度20米（见示意图） 点评：此种方案剥离废石量小，节约了排土费用，同时也减小了出矿量，浪费的矿产资源较多。采场空间紧张，工作面狭窄，出矿困难，高边坡采场内施工安全危险性大。 通过对五种方案的比较，根据第三种方案确定的露天开采境界比较理想，其优点是： (1)、境界内岩石量大副减少。相比较第一种全开采方案，境界内矿石量减少277万吨，废石剥离量减少220万立方米，少圈定矿岩量平均剥采比为0.46m3/m3，高于用价格法确定的剥采比，说明开采境界更合理，矿山开采将有利可图。 (2)、降低了剥岩费用。由于这种方案比第一种方案岩石量减少220万立方米，这样生产剥采比逐年下降，剥岩费用也将逐年降低，按照剥岩工作10年完成来计算，年平均节约剥岩费达517万元。 (3)、节省了排土场投资。征地一直是水泥厂难以解决的老大难问题，由于矿区附近几乎没有可以直接利用的场地，考虑到运距问题，又不能把排土场设立的太远。剥岩量下降以后，就可以将境界内的岩石就近排弃，利用民采遗弃下来的矿坑可排岩50万立方米左右，这样就大大缩短了运距，降低了岩石运输成本，更主要的是少征了大量土地，仅此一项就节约排土费用800万元以上。 (4)、节约了排土经营费用。就近排废后运距比预设排土场缩短3公里左右，按2007年实际运输成本每公里1.2元/m3计算,可以节约排土运输费用210万元左右。 (5)、节约设备投资。由于境界内的岩石量大幅减少，降低了生产剥采比，生产所需设备数量也将相应减少，可以节约一些设备投资，相应降低了生产费用。6、结束语综上所述，按照经济合理剥采比确定的开采境界，石灰窑石灰岩矿区（一线矿山）设计年产量50万吨，采矿台阶高度30米，最终边坡角67，安全平台宽度4米，露天开采境界内矿石量1315万吨，剥离废石量58.1万m3，平均剥采比为0.12m3/m3，矿山服务年限20年。 需要指出的是，在矿山的开采过程中，矿体与上下盘围岩的相对空间位置、境界内的矿岩量、边坡工程地质条件、水文地质条件或多或少的要发生变化，因此，所确定的露天开采境界也不是一层不变的。在开采过程中应该及时修正与优化矿山开采境界，适应实际的变化情况，即要保证矿山开采的安全，又要达到少剥岩，多出矿的目的，取得最大的经济效益。水泥原料矿山开采技术发展方向国内外露天矿技术发展总的趋势是开采规模大型化、生产连续化、装备现代化。智能矿山的研究与开发，是露天矿科技进步的发展方向，采矿技术正向液压化、联动化、自动化发展。1水泥原料矿山开采规模大型化建设大型矿山，可以采用大型设备，提高劳动生产，降低矿石开采成本。随着预分解窑熟料生产线500010000t/d的投产，涌现一批年产100500万t级矿石的大型矿山，而年产50100万t矿石已属中型矿山。目前，矿石年产量500万t级的超大型矿山已开始显现。2选用大型、高效、耐用的采矿工艺设备水泥矿山在矿山设备大型化基础上，向节能型、自动化、标准化方向发展。黑色和有色金属矿山为提高开采强度，提高设备利用效率，一般采用连续工作制。2.1钻孔设备水泥矿山应淘汰钻速低、排渣难的低风压潜孔钻机；淘汰送风管道长、耗能高、效率低的低风压固定式空压机。中、高风压潜孔钻机和全液压露天钻机将是水泥矿山未来的主力钻机。固定式低风压(0.50.7Mpa)空压机正逐步淘汰，仅适应中硬以下岩石穿孔的切削回转钻机和穿凿坚硬、极坚硬的牙轮钻机也将逐步淡化出水泥矿山市场。2.1.1中、高风压露天潜孔钻机钻机使用中风压(1.O1.4MPa)和高风压(1.7-2.4MPa)的压缩空气作动力，由压缩空气直接驱动冲击器和钻头选行钻孔作业，钻具回转采用液压马达，滑架起落应用液压缸支撑。目前国内外一些矿山采用钻机和压缩机分开的分体式配置，但一体化钻机，即钻机、柴油机风冷空压机和柴油机液压泵组三位一体，是钻机配置的发展方向。2.1.2全液压露天钻机钻机自动凿岩系统能保持到贯穿孔底的最大凿岩效率，通过自动调节冲击力、推进力、旋转和双重缓冲器装置，不断适应不同岩层和岩性的变化，从而提高凿岩性能，降低能耗并延长钻具使用寿命，凿岩能量得以充分传递，并使钻进中的反射冲击波降低到最小。全液压露天钻机采用高排量的空气压缩机，增大了排尘风量，尽快地将凿岩的粉尘颗粒分离出来，提高钻孔速度，减少钻头磨损。使用高排量空气压缩机，也加大了钻孔口径。2.2装载设备液压挖掘机在水泥矿山进一步得到推广使用，并将在铲装设备中占据主导位置。与机械挖掘机比较，液压挖掘机自重轻，三维自由度赋于液压挖掘机机动灵活，可在陡坡上挖掘，便于选别开采。水泥矿山装载设备，宜选用48m3液压挖掘机和3060t设的矿用汽车。3走矿产资源开发利用和地质生态环境协调发展的绿色矿业道路，建立低生态危害的采矿工艺系统，做到无废少废、零排放国外一些矿山注重自然景观的保有度，在矿山开采中坚持低能耗、短流程、高效率、无废、少污的原则，保持矿区周围景观的和谐度。嘉新京阳水泥有限公司石灰石矿山，对开采裸露地带，填覆客土，因地制宜种植原生植物，引进耐干旱、耐贫瘠的白喜草草籽和当地水土保持功效好的野生蚂蚁草，广为播种，草木并举，立体绿化，枝叶繁茂。4矿山生产不断溶入新科技优化矿山生产，提高采矿工艺环节中高科技比重。应用自动控制技术、电子信息技术、网络技术，从整体上提高设备技术效能，提高生产过程中综合自动化水平，提高生产信息化程度，实现控制智能化、连续生产过程自动化、管理信息化和系统化。智能数字矿山，是信息技术在矿山应用的集中表现。以计算机及其网络为手段，把矿山三维空间和有属性数据实现数字化存储、传输、表达和加工，建立全方位生产管理系统，随着“数字化矿山”发展，矿山开采开始进入智能化控制时代。5开拓方式、采矿工艺多样化开采顺序由单一的纵向布置向横向布置方式发展，施行强化开采，提高工作线推进速度，为矿石均化搭配创造条件。采用组合台阶、分期开采、陡帮开采，以便均衡生产剥采比。6运用汽车一带式半连续运输系统，是近年来发展的高效运输技术该系统充分发挥汽车运输适应性强、机动灵活、短途运输经济的优势，有利于强化开采，同时又显现带式运输机运力大、爬坡能力强、运营成本低的长处，汽车、胶带两种运输优势互补。首钢水厂铁矿，19982003年，汽车一带式运输成本为0.65元/tKm，仅为单一汽车运输成本1.35元/tKm的48%，15年内将创收经济效益16亿元。部份水泥矿山正在或行将进入露天凹陷开采，采用半移动式破碎机的汽车一半移动破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺是一种行之有效采矿工艺系统。7矿山辅助作机械机化目前，矿山辅助作业不配套、机械化程度低，是矿山生产的薄弱环节。随着开采规模的扩大，为保证主机正常作业，提高设备效率，必须提高矿山辅助作业水平。在清理工作平台、矿体内夹石分采分运、铲装工作面的准备、运输道路的维护、边坡整理，大块的二次破碎、炮孔装药和炮孔填塞工作中，配备必要的前端式装载机、推土机、平道机、压路机、洒水车、装载车，炮孔填塞机等辅助矿山机械，从整体上提高矿山装备效能。8铣刨机采矿是一种有发展前途的采矿方法应用铣刨机(又称机械犁)采矿，代替传统穿孔爆破采矿方法，有以下优点：(1)无爆破地震、空气冲击波、飞石等危害；(2)扩大开采境界，不受爆破安全境界的限制；(3)连续作业，不受爆破干扰；(4)要求作业场地相对小；(5)可根据矿层和矿石不同品级，分采分运，可有效剔除有害夹层，可选别回采；(6)采矿成本可降低2050%；(7)不需粗碎，可调整开采粒度，有利于带式输送机长距离运输。铣刨机采矿，集采、装、碎为一体，有效简化生产流程，作业工作平台、釆场道路平整，减少轮胎消耗，刨铣矿石粒径可控在3080mm，可根据需要，生产30mm的粒径的矿石，为振动放矿，竖井溜矿石，缓冲矿仓磨损创造条件。铣刨采矿法，从根本上保证矿山边坡的安全，从而增大边坡安全角度，增加可采矿量，减少边坡工程量和维护量。德国维特根Wirtgen表采机，在南斯拉夫Serbia石灰石矿，应用SM-2600，切削(铣刨)、破碎装料一次完成，矿石平均单轴抗压强度为25MPa，产量在600t/h，约90%粒径16mm，最大粒径为150mm。法国纽来宁根石灰石矿，美国、印度、巴西、墨西哥应用表采机开采石灰石取得一定效果。维特根表采机在切削矿石中同时将矿石破碎。可据粒径要求，选用不同切削刀具及切削转子，清洁、平整稳定作业表面，给装载机平稳行驶创最佳条件。HJS石灰石矿山开采设计方案HJS石灰石矿山位于湘西，是某集团公司拟建两条5000td水泥生产线的原料矿山。矿山一期建设规模为225万ta，最终建设规模为450万ta。矿体由I、II矿层组成，中间夹规模较大的白云岩、白云质灰岩夹层，该夹层Mg0含量平均为1321、Ca0含量平均为3551，由于此夹层的存在，将矿山分成了相对独立南采场和北采场，南采场开采I矿层，北采场开采II矿层。矿床的开采顺序和开拓运输系统的选择是否合理将直接影响到整个矿山的建设效果。1 矿床地质简述11矿层和夹石 I矿层赋存于三叠系下统大冶组第二段(T1d2)和第三段下亚段(T1d3-1)中，由中薄层状灰岩及厚层状灰岩组成：矿层赋存于三叠系下统嘉陵江组二段(Tlj2)中，由中厚层状灰岩组成。I、矿层之间的夹层为大冶组三段上亚段(T1d3-2)含白云质灰岩、白云质灰岩及嘉陵江组一段(Tlj1)白云岩，厚12121890m。 矿床内部构造形态简单，矿体呈层状产出，沿走向、倾向方向略有波状起伏变化，局部层段见小型褶曲或挠曲，矿层总体产状与地层产状一致，走向近东西向，倾向北，倾角一般为3545之间。 区内矿层分布连续，延伸稳定，矿床规模巨大。I矿层厚度2002026960m，平均厚度23537m，走向延伸3500m；矿层厚度l944028020m，平均厚度22860m，走向延伸3300m。12矿层及主要夹层的化学成分(见表l)表1 矿层平均化学成分()13矿石储量及开采技术条件 矿区332+333资源量总计3920619万t，平均剥采比006：lm3/m3。其中I矿层332+333资源量2174101万t，II矿层332+333资源量1746518万t。矿区水文地质条件简单、工程地质条件、环境地质条件中等，矿山为露天开采，总体上看矿山开采技术条件较简单。2 矿山设计21矿山设计规模 矿山一期规模为225万ta，最终规模为450万ta。22开采境界圈定221境界圈定参数 最低开采标高：80m；终了台段高度：l5m；最终台阶坡面角：顶板及端帮65，底板55；安全平台宽度：5m；采场底部最小宽度：60m： 爆破安全界限：按距枝(城)柳(州)铁路500m设计。222境界圈定结果 北采场：矿石量1360124万t； 白云岩、白云质灰岩量39776万t。 南采场：矿石量2026530万t； 白云岩、白云质灰岩量l l0152万t。23矿床开采方案选择 HJS石灰石矿床由I矿层和Il矿层组成，I矿层位于矿区南侧，距拟建水泥厂较远，被II矿层和白云岩隔开，境界内圈定矿石量2026530万t，可供25000td生产线生产45年，该采场地势开阔，各分层矿石量大、服务年限长，其开采技术条件较好；II矿层位于矿区北侧，靠近拟建水泥厂，境界内圈定矿石量1360124万t，可供25000t/d生产线生产30年，采场由四个较为独立的山头组成，其中东侧两个山头较小，上部几个台段矿岩量小，西侧及中部山头矿石量较集中，其开采技术条件一般。根据矿山生产规模及矿体赋存条件，矿山开采有以下两个方案